Lớp Toán Thầy Cư-TP Huế. SĐT: 01234332133. Toán 121: Thứ 2,4,6: 17h15. Toán 122: Thứ 3,5,7: 17h30
HÌNH LĂNG TRỤ XIÊN
Bài 1. Cho hình lăng trụ ABC.A’B’C’, đáy ABC có AC a 3, BC 3a , ACB 300 . Cạnh bên hợp
với mặt phẳng đáy góc 60 0 và mặt phẳng A 'BC vuông góc với mặt phẳng ABC . Điểm H trên
cạnh BC sao cho HC 3BH và mặt phẳng A'AH vuông góc với mặt phẳng ABC . Tính thể tích
khối lăng trụ ABC.A’B’C’ và khoảng cách từ B đến mặt phẳng A 'AC
Giải
A 'BC ABC
A 'H ABC
A 'AH ABC
A 'H A 'BC A 'AH
Suy ra A 'AH 60
A'
C'
B'
0
AH 2 AC2 HC2 2AC.HC.cos300 a 2 AH a
A
A 'H AH.tan 60 a 3
0
VABC.A 'B'C ' SABC .A 'H
3a 2 3
9a 3
.a 3
4
4
B
Vì AH 2 AC2 HC2 HA AC AA ' AC
1
1
SA ' AC AC.A 'A a 3.2a a 2 3
2
2
9 3
a
3VA ' ABC
3 3a
4
d B; A 'AC
2
SA ' AC
4
a 3
C
H
Bài 2. Cho hình lăng trụ ABC.A’B’C’, ΔABC đều có cạnh bằng a, AA ' a và đỉnh A’ cách đều A,
B, C. Gọi M, N lần lượt là trung điểm của cạnh BC và A’B. Tính theo a thể tích khối lăng trụ
ABC.A’B’C’ và khoảng cách từ C đến mặt phẳng (AMN)
Giải
Gọi O là tâm tam giác đều ABC A 'O ABC
Ta có AM
C'
A'
a 3
2
a 3
, AO AM
2
3
3
A 'O AA '2 AO 2 a 2
B'
a2 a 6
a2 3
; SΔABC
3
3
4
N
Thể tích khối lăng trụ ABC.A’B’C’:
V SΔABC .A 'O
a 2 3 a 6 a3 2
.
4
3
4
Ta có:
VNAMC
E
C
A
O
3V
1
SΔAMC .d N, ABC d N, ABC NAMC
3
SΔAMC
M
B
1
a2 3
1
a 6
1 a2 3 a 6 a2 2
SAMC SABC
; d N, ABC A 'O
VNAMC .
.
2
8
2
6
3 8
6
48
Lại có: AM AN
a 3
, nên ΔAMN cân tại A.
2
1
Lớp Toán Thầy Cư-TP Huế. SĐT: 01234332133. Toán 121: Thứ 2,4,6: 17h15. Toán 122: Thứ 3,5,7: 17h30
Gọi E là trung điểm của MN, suy ra AE MN, MN
AE AN 2 NE 2
d C, AMN
A 'C a
2
2
3a 2 a 2 a 11
1
a 2 11
; SAMN MN.AE
4 16
4
2
16
3a 2 2 a 11 a 22
:
(đvđd)
48
16
11
Bài 3. Cho hình lăng trụ ABC.A’B’C’ có đáy ABC là tam giác vuông tại B, AB a, ACB 300 ; M là
trung điểm cạnh AC. Góc giữa cạnh bên và mặt đáy của lăng trụ bằng 60 0 . Hình chiếu vuông góc
của đỉnh A’ lên mặt phẳng (ABC) là trung điểm H của BM. Tính theo a thể tích khối lăng trụ
ABC.A’B’C’ và khoảng cách từ điểm C’ đến mặt phẳng (BMB’)
Giải
A 'H ABC A 'H là đường cao của hình lăng trụ.
Q
A'
AH là hình chiếu vuông góc của A A’ lên (ABC) A 'AH 600
VABC.A 'B'C ' A 'H.SABC
C'
P
B'
a 3
3a
AC 2a, MA MB AB a AH
A 'H
2
2
1
1
a2 3
SABC BA.BC a.a 3
2
2
2
VABC.A 'B'C '
3a a 2 3 3a 3 3
.
2
2
4
3V
d C', BMB' d C, BMB' d A, BMB' A.BMB'
SBMB'
VA.BMB' VB'.AMB6
A
1
a3 3
VABC.A 'B'C '
6
8
C
M
H
B
E
Do BM AHA ' nên BM AA ' BM BB' Δ BMB' vuông tại B
3a 3 3 a 2 2 3a
1
1
a2 3
:
SBMB' BB'.BM a 3.a
. Suy ra d C', BMB'
8
2
4
2
2
2
(Cách 2: d A, BMB' AE AH.sin AHE
a 3
3a
.sin 600
)
2
4
Bài 4. Cho hình lăng trụ tam giác ABC.A’B’C’ có đáy là tam giác đều cạnh a, cạnh bên tạo với đáy
một góc bằng 60 0 . Gọi M là trung điểm cạnh BC và I là trung điểm của AM. Biết rằng hình chiếu
của điểm I lên mặt đáy A’B’C’ là trọng tâm G của ΔA'B'C' . Tính thể tích khối lăng trụ đó.
Giải
Gọi M’ là trung điểm của B’C’;
K A'M' sao cho A 'K KG GM'
Kẻ AH A 'M '; H A'M' .
C
I
A
M
B
Ta có AHGI là hình bình hành nên IG AH
Hơn nữa AM' A'M' , I là trung điểm của AM, G là trọng tâm của
Δ A'B'C' nên H là trung điểm của A’K
1
A 'H A 'M '
6
A' H
K
C'
G
M'
B'
2
Lớp Toán Thầy Cư-TP Huế. SĐT: 01234332133. Toán 121: Thứ 2,4,6: 17h15. Toán 122: Thứ 3,5,7: 17h30
Ta có: SA ' B'C '
a2 3
a 3
a 3
; A 'M '
A 'H
4
2
12
AH A 'H.tan 600
a 3
a
a a 2 3 a3 3
. 3 . Từ đó: VABC.A ' B'C' AH.SA ' B'C ' .
12
4
4 4
16
a 10
, BAC 1200 . Hình chiếu
2
vuông góc của C’ lên mặt phẳng (ABC) là trung điểm của cạnh BC. Tính thể tích khối lăng trụ
ABC.A’B’C’ theo a và tính số đo góc giữa hai mặt phẳng (ABC) và (ACC’A’).
Bài 5. Cho hình lăng trụ ABC.A’B’C’ có AB 2a, AC a, AA '
Giải
B'
C'
Gọi H là trung điểm BC. Từ giả thiết suy ra C'H ABC .
Trong ΔABC ta có:
A'
2
1
a 3
SABC AB.AC.sin1200
2
2
BC2 AC2 AB2 2AC.AB.cos1200 7a 2
a 7
2
a 3
C'H C'C 2 CH 2
2
BC a 7 CH
C
B
H
K
A
Suy ra thể tích lăng trụ V C'H.SABC
3a 3
4
Hạ HK AC . Vì C'H ABC đường xiên C'K AC ABC , ACC'A' C'KH
(1)
( ΔC'HK vuông tại H nên C 'KH 900 )
Trong ΔHAC ta có HK
Từ (1) và (2) suy ra
2SHAC SABC a 3
C'H
tan C'KH
1 C'KH 450
AC
AC
2
HK
(2)
ABC , ACC'A' 450
Ghi chú: Có thể tính độ dài AH và suy ra ΔHAC vuông tại A để suy ra K A )
Bài 6. Cho hình lăng trụ ABCD.A’B’C’D’ có đáy ABCD là hình vuông cạnh bằng a. Hình chiếu
vuông góc của điểm A’ trên mặt phẳng ABCD là trung điểm I của cạnh AB. Biết A’C tạo với mặt
2
phẳng đáy một góc α với tan α
. Tính theo a thể tích khối chóp A’.ICD và khoảng cách từ
5
điểm B đến mặt phẳng (A’AC)
Giải
Theo bài ra ta có IC là hình chiếu vuông góc của A’C trên mặt phẳng
B'
C'
(ABCD). Suy ra A'C, ABCD A'C,CI A'CI α
A 'I IC.tan A 'CI IC.tan α
a 5 2
.
a
2
5
H
Thể tích khối chóp A’.ICD là:
VA '.ICD
D'
A'
Xét ta giác vuông A’IC:
B
1
1 a 2 a3
A 'I.SΔICD a.
(đvtt)
3
3 2
6
C
I
K
A
D
3
Lớp Toán Thầy Cư-TP Huế. SĐT: 01234332133. Toán 121: Thứ 2,4,6: 17h15. Toán 122: Thứ 3,5,7: 17h30
Ta có BI A 'AC A và I là trung điểm AB nên d B; A 'AC 2d I; A 'AC
Trong mặt phẳng (ABCD) kẻ IK / /BD IK AC , mà A 'I AC (do A 'I ABCD ) nên
AC A'IK . Kẻ IH A 'K IH A 'AC d I; A 'AC IH
Xét tam giác vuông A’IK có A 'I a, IK
1
IH
2
1
IK
2
1
2
IA'
8
a
2
1
2
9
2
IH
BD a 2
4
4
a
3
a
a
2a
Suy ra d B; A 'AC
3
Bài 7. Cho hình hộp ABCD.A’B’C’D’ có mặt bên AA’D’D là hình thoi cạnh bằng a nằm trong mặt
a
phẳng vuông góc với mặt đáy (ABCD) và cách BC một khoảng bằng . Biết cạnh AA’ hợp với
2
mặt đáy (ABCD) một góc bằng 60 0 . Tính thể tích của khối hộp ABCD.A’B’C’D’.
Giải
Ta có: AA 'D'D ABCD theo giao tuyến AD
A'
(1)
D'
Vẽ A'H AD và BK AD; H, K AD
B'
C'
(2)
Từ (1) và (2) A'H ABCD và BK AA 'D'D
A 'H d A 'B'C'D' , ABCD
và A
K
600
BK d B, AA 'D'D
a
d BC, AA 'D 'D
2
D
H
C
B
(vì BC / / AA'D'D )
Vì A 'H ABCD nên góc hợp bởi AA’ và (ABCD) là A 'AH 600
Tam giác A’AH vuông tại H A 'H AA 'sin A 'AH a sin 600
a 3
2
Vậy thể tích của khối hộp ABCD.A’B’C’D’ là:
a a 3 a3 3
V SABCD .A 'H AD.BK.A'H a. .
2 2
4
Bài 8. Cho hình hộp ABCD.A’B’C’D’ có đáy ABCD là hình chữ nhật, AB a , AD 2a . Biết tam
giác A’AB là tam giác đều và nằm trong mặt phẳng hợp với đáy (ABCD) một góc bằng α . Tính thể
tích của khối hộp ABCD.A’B’C’D’ theo a và α .
Giải
A'
D'
Gọi M, N lần lượt là trung điểm của AB và CD, ta có:
MN AB (vì MN laø ñöôøng trung bình cuûa hình chöõ nhaät ABCD)
A'M AB (vì tam giaùc A'AB laø tam giaùc ñeàu)
A'MN α (góc hợp bởi (A’AB) và đáy (ABCD))
Ta cũng có AB A'MN (vì AB MN và AB A'M )
B'
A
C'
D
α
B
C
4
Lớp Toán Thầy Cư-TP Huế. SĐT: 01234332133. Toán 121: Thứ 2,4,6: 17h15. Toán 122: Thứ 3,5,7: 17h30
ABCD A'MN theo giao tuyến MN
(1)
Vẽ A'H MN, H MN
(2)
Từ (1) và (2) A'H ABCD A 'H d A 'B'C'D' , ABCD
Tam giác A’AB là tam giác đều có cạnh AB a A'M
Tam giác A’HM vuông tại H A'H A'Msin A'MH
a 3
2
a 3
sin α
2
Vậy thể tích của khối hộp ABCD.A’B’C’D’ là:
a 3
sin α a3 3 sin α
2
Bài 9. Cho hai đoạn thẳng AB và CD chéo nhau, AC là đường vuông góc chung của chúng. Biết
V SABCD .A'H AB.AD.A'H a.2a.
rằng AC h, AB a, CD b và góc giữa hai đường thẳng AB và CD bằng 60 0 . Hãy tính thể tích
của tứ diện ABCD.
Giải
Dựng hình lăng trụ ABE.FDC (BE song song và bằng DC, DF song
song và bằng AB)
B
E
600
a
A
AC AB gt
Ta có: AC CD gt
CD / /BE AC BE
h
AC ABE AC h là chiều cao của hình chóp C.ABE.
Tam giác ABE có AB a, BE CD b và ABE AB,CD 60
SΔABE
b
C
0
D
600
F
1
1
ab 3
AB.BE.sin ABE a.b.sin 600
2
2
4
1
1 ab 3
abh 3
Ta có VABCD VC.ABD VC.AFD VA.CDF VC.ABE SΔABE .CA .
.h
3
3 4
12
1
Chú ý: VABCD VABE.FDC
3
Bài 10. Cho khối hộp ABCD.A’B’C’D’ có tất cả các cạnh bằng nhau và bằng a,
A'AB BAD A'AD α 00 α 900 . Hãy tính thể tích của khối hộp.
Giải
Ta
có
ΔAA'B ΔAA'D
(vì
B'
có
cạnh
chung
là
C'
AA’,
A'AB A'AD α và AB AD a )
A'
D'
A'B A'D
Vẽ A'H AC H AC
(1)
φ
Tam giác A’BD cân tại A’ (do A'B A'D )
BD A'O (O là trung điểm của BD, O cũng là tâm của hình
thoi ABCD)
Ta còn có BD AC
α
A
B
H
C
O
K
D
5
Lớp Toán Thầy Cư-TP Huế. SĐT: 01234332133. Toán 121: Thứ 2,4,6: 17h15. Toán 122: Thứ 3,5,7: 17h30
BD A'AO BD A'H
2
Từ (1) và (2) A'H ABCD
Đặt A'AO φ
Vẽ A'K AD K AD HK AK (định lý ba đường vuông góc)
Ta có: cos φ
AH
(tam giác vuông AA’H)
AA'
cos α
AK
(tam giác vuông AA’K)
AA'
BAD α
α AK
)
và cos
(tam giác AHK vuông tại K và HAK
2
2
2 AH
α AH AK AK
cos α
cos φ.cos
.
cos α cos φ
α
2 AA' AH AA'
cos
2
Tam giác AA’H vuông tại H và có A'AH φ nên
A 'H AA '.sin φ a sin φ a 1 cos 2 φ a 1
cos 2 α
a
α
cos 2 cos 2 α
α
α
2
cos 2
cos
2
2
VABCD.A 'B'C'D' SABCD .A 'H AB.AD.sin BAD.A 'H a 2 sin α.
a
cos
α
2
cos 2
α
cos 2 α
2
α
α a
α
α
α
a 2 .2sin .cos .
cos 2 cos 2 α 2a 3 sin
cos 2 cos 2 α
2
2 cos α
2
2
2
2
Bài 11. Cho khối hộp ABCD.A’B’C’D’ có đáy là hình chữ nhật với AB 3 , AD 7 . Hai mặt bên
(ABB’A’) và (ADD’A’) lần lượt tạo với đáy những góc 450 và 60 0 . Hãy tính thể tích khối hộp nếu
biết cạnh bên bằng 1.
Giải
B'
C'
B
A'
C
D'
H
K
B
A
H
K
A
C
M
M
D
D
Vẽ A 'H ABCD H ABCD , HM AD M AD , HK AB K AB
Theo định lý ba đường vuông góc, ta có: AD A 'M, AB A 'K
A'MH 600 , A'KH 450
Đặt A'H x
6
Lớp Toán Thầy Cư-TP Huế. SĐT: 01234332133. Toán 121: Thứ 2,4,6: 17h15. Toán 122: Thứ 3,5,7: 17h30
Tam giác A’HM vuông tại H và có A 'MH 600 nên A 'M
A 'H
sin 60
0
2x
3
Tam giác A’AM vuông tại M nên
AM AA '2 A 'M 2 1
4a 2
3 4x 2
3
3
(1)
AKHM là hình chữ nhật và tam giác A’AH vuông tại H nên AM HK và HK A 'H.cot A 'KH
AM HK x.cot 450 x
Từ (1) và (2) x
(2)
3 4x 2
3
3
x
hay A'H
3
7
7
Vậy VABCD.A ' B'C ' D ' S ABCD.A 'H AB.AD.A'H 7. 3.
3
3
7
Bài 12. Cho khối lăng trụ tam giác ABC.A’B’C’ mà mặt bên ABB’A’ có diện tích bằng 4. Khoảng
cách giữa cạnh CC’ và mặt (ABB’A’) bằng 7. Hãy tính thể tích khối lăng trụ.
Giải
Dựng
khối
hộp
ABCD.A’B’C’D’
1
VABC.A 'B'C ' VABCD.A 'B'C 'D '
2
ta
có:
A'
Xem khối hộp ABCD.A’B’C’D’ là khối lăng trụ có hai
D'
B'
C'
đáy là ABB’A’ và DCC’D’.
Vậy VABCD.A ' B'C' D' S ABB' A '.h trong đó
h d CDD 'C' , ABB'A '
A
D
d CC', ABB'A ' 7
B
C
1
và SABB'A ' 4 VABC.A 'B'C ' .4.7 14
2
Bài 13. Cho khối lăng trụ ABC.A’B’C’ có đáy ABC là tam giác vuông cân với cạnh huyền bằng
AB 2 . Cho biết mặt phẳng (AA’B) vuông góc với với mặt phẳng (ABC), AA ' 3 , góc A'AB
nhọn, góc giữa hai mặt phẳng (A’AC) và mặt phẳng (ABC) bằng 60 0 .
Giải
AA 'B ABC
theo giao tuyến AB
Vẽ A'K AB (với K AB )
(1)
A'
B'
(2)
Từ (1) và (2) A 'K ABC
Góc A'AB nhọn nên K thuộc tia AB.
C'
3
Vẽ KM AC M AC
A 'M AC (định lý ba đường vuông góc)
A
Góc giữa hai mặt phẳng (A’AC) và (ABC) là
A 'MK 600
2
B
K
M
C
Đặt A'K x , ta có:
7
Lớp Toán Thầy Cư-TP Huế. SĐT: 01234332133. Toán 121: Thứ 2,4,6: 17h15. Toán 122: Thứ 3,5,7: 17h30
AK A 'A 2 A 'K 2 3 x 2
2
2
0
. 3 x2
MK AK sin KAM 3 x .sin 45
2
x
0
MK A 'K cot A 'MK A 'K.cot 60
3
Từ (3) và (4)
2. 3 x 2
x
2
3
5
3
4
x
3
hay A 'K
3
5
Tam giác ABC vuông cân với cạnh huyền AB 2 nên AC CB 1 .
Vậy VABC.A ' B 'C ' S ABC.A 'K
1
1
3 3 5
AC.CB.A 'K .1.1.
2
2
5 10
Bài 14. Cho hình hộp ABCD.A’B’C’D’ có đáy ABCD là hình chữ nhật, AB a , AD b , cạnh bên
AA’ hợp với mặt đáy (ABCD) một góc bằng 60 0 , mặt bên AA’D’D là hình thoi có góc A’AD nhọn
và nằm trong mặt phẳng vuông góc với đáy (ABCD)
a. Tính thể tích của khối tứ diện ACDD’
b. Xác định và tính độ dài đoạn vuông góc chung giữa AA’ và CD.
Giải
a. Ta có AA 'D'D ABCD theo giao tuyến AD
A'
D'
(1)
Vẽ A 'H AD, H AD
B'
C'
K
(2)
Từ (1) và (2) A'H ABCD
Góc hợp bởi AA’ và (ABCD) là A 'AH 600
Tam giác AA’H vuông tại H, AA ' AD b (AA’D’D là
A
600
D
H
B
C
b 3
hình thoi) và A 'AH 60 A 'H
2
0
Ta có:
1
VA 'CDD ' VA '.CDD ' VA '.CC 'D ' VA '.CC 'D 'D
2
1
1
1
VACD.A 'C 'D ' VA '.ACD VACD.A 'C'D' VACD.A 'C 'D '
2
2
3
1
1 1
1
1
1 b 3
VACD.A 'C 'D ' . VABCD.A 'B'C 'D ' SABCD .A 'H AB.AD.A 'H ab.
3
3 2
6
6
6
2
hay VA 'CDD '
ab 2 3
12
Chú ý: ta có thể tính VABCD.A 'B'C'D' bằng cách khác.
Ta có AA 'D'D ABCD theo giao tuyến AD và AB AD
8
Lớp Toán Thầy Cư-TP Huế. SĐT: 01234332133. Toán 121: Thứ 2,4,6: 17h15. Toán 122: Thứ 3,5,7: 17h30
AB AA 'D'D
VABCD.A 'B'C 'D ' SAA 'D 'D .AB AD.AA '.sin A 'AD.AB a.b.b.sin 600
ab 2 3
2
b. Ta có AA 'D'D ABCD theo giao tuyến AD và CD AD
CD AA'D'D
(1)
Trong mặt phẳng (AA’D’D), vẽ DK AA ', K AA '
(2)
Từ (1) và (2) DK là đoạn vuông góc chung của AA’ và CD.
Tính DK:
AA’D’D là hình thoi có cạnh bằng b và A 'AD 600
b 3
2
Bài 15. Cho hình hộp ABCD.A’B’C’D’ có tất cả các mặt đều là hình thoi cạnh a, các góc
Tam giác AA’D là tam giác đều có cạnh bằng b DK
BAA ' BAD DAA ' 600 . Tính thể tích khối hộp ABCD.A’B’C’D’ theo a.
Giải
Gọi H, I, J lần lượt là hình chiếu của A’ lên (ABCD), AB,
AD.
D'
Ta có:
C'
A'
A 'H AB
AB A 'HI
A 'I AB
AB HI
Tương tự: HJ AD . Hai tam giác vuông A’AI và A’AJ
có AA’ chung và A 'AI A 'AJ 600
B'
D
C
J
H
A
I
B
a
ΔA 'AI ΔA 'AJ , AI AJ AA 'cos 600 HI HJ
2
Vậy H cách đều AB và AD nên nằm trên đường phân giác của góc BAD H AC
a
2
2
AI
2 a ; A 'H AA '2 AH 2 a 2 a 2a
Ta có: AH
3
3
3
3
cos300
2
A 'H a
2
a2 3
SABCD AB.AD.sin 600
3
2
VABCD.A 'B'C'D ' A 'H.SABCD a
2 a 2 3 a3 2
(đvtt)
.
3 2
2
Bài 16. Cho hình lăng trụ ABC.A’B’C’ có đáy ABC là tam giác vuông tại A, AB a, BC 2a . Mặt
bên ABB’A’ là hình thoi, mặt bên BCC’B’ nằm trong mặt phẳng vuông góc với đáy, hai mặt này
hợp với nhau một góc bằng α .
1. Tính khoảng cách từ A đến mặt phẳng (BCC’B’). Xác định góc α .
2. Tính thể tích của khối lăng trụ ABC.A’B’C’
Giải
1. Tính d A, BCC'B' . Xác định α .
9
Lớp Toán Thầy Cư-TP Huế. SĐT: 01234332133. Toán 121: Thứ 2,4,6: 17h15. Toán 122: Thứ 3,5,7: 17h30
Dựng AH BC H BC
B'
BCC'B' ABC
BCC'B' ABC BC
AH ABC , AH BC
AH BCC'B'
C'
A'
E
Dựng HE BB' E BB' ta có:
H
B
BB' AH
BB' AHE
BB' HE
2a
O
C
a
ABB'A ' BCC'B' BB'
AHE BB'
AHE ABB'A ' AE
AHE BCC'B' HE
A
ABB'A ' , BCC'B' AE, HE
Mặt khác tam giác AHE vuông tại H (do AH HE ) nên AEH là góc nhọn.
Do đó
ABB'A' , BCC'B' AE,HE AEH α
2. Tính VABC.A 'B'C'
Trong tam giác vuông ABC:
AC BC2 AB2 a 3
AH.BC AB.AC AH
AB2 BH.BC BH
AB.AC a 2 3 a 3
BC
2a
2
AB2 a 2 a
BC 2a 2
Trong tam giác vuông AHE: HE AH cot AEH
a 3
.cot α
2
Tứ giác ABB’A’ là hình thoi AABB' AB a
Gọi O là hình chiếu vuông góc của B’ lên BC thì B'O ABC (chứng minh tương tự như chứng
minh AH BCC'B' )
Hai tam giác vuông BEH và BOB’ có chung góc nhọn B nên chúng đồng dạng.
a2 3
cot α
B'O BB'
EH.BB'
B'O
2
a 3 cot α
Suy ra
a
EH BH
BH
2
Thể tích khối lăng trụ ABC.A’B’C’
1
1
3a 3 cot α
V SABC .B'O AB.AC.B'O a.a 3.a 3 cot a
2
2
2
Bài 17. Cho lăng trụ ABC.A’B’C’ có đáy ABC là tam giác đều cạnh a, và A 'A A 'B A 'C a
7
.
12
Tính thể tích khối lăng trụ ABC.A’B’C’ theo a và góc giữa hai mặt phẳng (ABB’A’) và (ABC)
Giải
10
Lớp Toán Thầy Cư-TP Huế. SĐT: 01234332133. Toán 121: Thứ 2,4,6: 17h15. Toán 122: Thứ 3,5,7: 17h30
Gọi H là hình chiếu của A trên (ABC)
B'
Vì A'A A'B A'C nên HA HB HC , suy ra H là tâm
của tam giác đều ABC.
C'
A'
Gọi I, J lần lượt là trung điểm của BC, AB.
A 'J AA '2 AJ 2
7a 2 a 2
a
12
4
3
1
1 a 3 a 3
HJ CJ .
3
3 2
6
A 'H A 'J 2 HJ 2
I
a
2
B
C
H
J
Thể tích khối lăng trụ ABC.A’B’C’ là:
a a 2 3 a3 3
V A 'H.SΔABC .
2 4
8
A
A 'J AB
A 'JC AB A 'JC chính là góc giữa hai mặt phẳng (ABB’A’) và (ABC). Khi đó
Vì
CJ AB
a
A 'H
tan A 'JC
2 3 A 'JC 600
JH
a 3
6
Vậy góc giữa hai mặt phẳng (ABB’A’) và (ABC) bằng 60 0 .
Bài 18. Cho lăng trụ ABC.A’B’C’ có độ dài cạnh bên bằng 2a, đáy ABC là tam giác vuông tại A,
AB a, AC a 3 và hình chiếu vuông góc của đỉnh A’ trên mặt phẳng (ABC) là trung điểm của
cạnh BC. Tính theo a thể tích của khối chóp A’.ABC và tính cosin của góc giữa hai đường thẳng
AA’, B’C’.
Giải
Gọi
H
là
trung
điểm
của
BC
A 'H ABC
và
B'
C'
1
1 2
AH BC
a 3a 2 a
2
2
Do đó:
A'H2 A'A2 AH2 3a 2 A'H a 3
A'
2a
1
a3
V
A
'H.S
Vậy A '.ABC
(đvtt)
ΔABC
3
3
Trong tam giác vuông A’B’H có HB' A'B'2 A'H2 2a nên B
tam giác B’BH là cân tại B’. Đặt φ là góc giữa hai đường thẳng
AA’ và B’C’ thì φ B'BH
Vậy cos φ
C
H
a
a 3
A
a
1
2.2a 4
Bài 19. Cho lăng trụ ABCD.A’B’C’D’ có đáy ABCD là hình chữ nhật, AB a , AD a 3 . Hình
chiếu vuông góc của điểm A’ trên mặt phẳng (ABCD) trùng với giao điểm của AC và BD. Góc giữa
hai mặt phẳng (ADD’A’) và (ABCD) bằng 60 0 . Tính thể tích khối lăng trụ đã cho và khoảng cách
từ điểm B’ đến mặt phẳng (A’BD) theo a.
11
Lớp Toán Thầy Cư-TP Huế. SĐT: 01234332133. Toán 121: Thứ 2,4,6: 17h15. Toán 122: Thứ 3,5,7: 17h30
Giải
Gọi O AC BD , I là trung điểm của cạnh AD. Ta có
D'
C'
AD AOI
A'
a
nên ta
A'IO ADD'A' , ABCD 60 Vì OI
2
B'
0
suy ra A 'I 2OI a A 'O OI.tan 600
a 3
2
Do đó VABCD.A 'B'C'D' A'O.SABCD
a.a 3.
D
I
a 3 3a 3
2
2
C
600 H
O
A
B
Do B'C∥ A 'D B'C∥ A 'BD d B', A 'BD d C, A 'BD CH trong đó CH là đường cao của
tam giác vuông BCD.
Ta có CH
CD.CB
CD2 CB2
a 3
a 3
. Vậy d B', A 'BD
2
2
Bài 20. Cho lăng trụ ABC.A’B’C’ có đáy ABC là tam giác cân AB AC a , BAC 1200 và AB’
vuông góc với đáy (A’B’C’). Gọi M, N lần lượt là trung điểm các cạnh CC’ và A’B’, mặt phẳng
(AA’C’) tạo với mặt phẳng (ABC) một góc 30 0 . Tính thể tích khối lăng trụ ABC.A’B’C’ và cosin
của góc giữa hai đường thẳng AM và C’N.
Giải
Ta có:
K
BC AB AC 2AB.ACcos A
2
2
3a
2
2
BC a 3
B'
A'
N
C'
Gọi K là hình chiếu của B’ lên A’C’, suy ra A'C' AB'K
Do đó:
E
AKB' A'B'C' , AA'C' 30 Trong tam giác A’KB’ có
0
KA 'B' 600 , A 'B' a nên B'K A 'B'sin 600
Suy ra AB' B'K.tan 300
a
2
M
a 3
2
A
B
Thể tích khối lăng trụ: V AB'.SΔABC
C
a3 3
8
Gọi E là trung điểm của AB’, suy ra ME∥ C' N nên C' N,AM EM,AM
Vì AB' C' N AE EM C' N, AM AME
2 C'B'2 C'A '2 A 'B'2
1
a
a 7
AE AB' ; EM 2 C' N 2
EM
2
4
4
2
AM 2 AE 2 EM 2
Vậy cos AME
29a 2
a 29
AM
16
4
ME
7
2
MA
29
12
Lớp Toán Thầy Cư-TP Huế. SĐT: 01234332133. Toán 121: Thứ 2,4,6: 17h15. Toán 122: Thứ 3,5,7: 17h30
Bài 21. Cho lăng trụ tam giác ABC.A’B’C’ có tất cả các cạnh bằng a, góc tạo bởi cạnh bên và mặt
phẳng đáy bằng 30 0 . Hình chiếu H của điểm A trên mặt phẳng (A’B’C’) thuộc đoạn thẳng B’C’.
Tính thể tích khối lăng trụ ABC.A’B’C’ và khoảng cách giữa hai đường thẳng AA’ và B’C’ theo a.
Giải
Ta có A’H là hình chiếu của AA’ lên mặt phẳng (A’B’C’)
A
C
nên AA 'H 300
B
Xét tam giác vuông AHA’ ta có:
a
AH AA 'sin 300 ,
2
a 3
A 'H AA 'cos300
2
K
300
Mà tam giác A’B’C’ đều nên H là trung điểm của B’C’.
A'
C'
H
Thể tích của khối lăng trụ là:
B'
a a 2 3 a3 3
V AH.SΔABC .
2 4
8
Vẽ đường cao HK của tam giác AHA’
Ta có B'C' AHA' nên B'C' HK
Suy ra d AA ', B'C' HK
AH.A 'H a 3
AA '
4
Bài 22. Cho lăng trụ ABC.A’B’C’ có đáy ABC là tam giác cân tại A, AB AC a, BAC 1200 , hình
chiếu của A’ lên mặt phẳng (ABC) trùng với trọng tâm tam giác ABC. Tính thể tích của khối lăng
trụ biết cạnh bên AA ' 2a .
Giải
Gọi H là tâm của đáy, M là trung điểm của cạnh BC, SH ABC
AM ABsin 600
B'
C'
a 3
BC a 3
2
A'
Áp dụng định lý sin ta có:
HA R
BC
2sin1200
a,
A 'H A 'A 2 AH 2 a 3
1
a2 3
SΔABC AB.ACsin1200
2
4
Vậy VABC.A ' B 'C ' A 'H.SΔABC
H
M
B
C
3a 3
4
Bài 23. Cho hình lăng trụ tam giác ABC.A’B’C’ có BB' a , góc
A
giữa đường thẳng BB’ và mặt phẳng (ABC) bằng 60 0 , tam giác ABC vuông tại C và BAC 600 .
Hình chiếu vuông góc của điểm B’ lên mặt phẳng (ABC) trùng với trọng tâm của tam giác ABC.
Tính thể tích khối tứ diện A’.ABC.
Giải
Gọi D là trung điểm AC, G là trọng tâm tam giác ABC
13
Lớp Toán Thầy Cư-TP Huế. SĐT: 01234332133. Toán 121: Thứ 2,4,6: 17h15. Toán 122: Thứ 3,5,7: 17h30
B'G ABC B'BG 600
B'
C'
a 3
B'G BB'sin B'BG
;
2
a
3a
BG BD
2
4
Trong ΔABC ta có: BC
A'
AB
AB
AB 3
CD
, AC
2
2
4
3AB2 AB2 9a 2
BC BD BD
4
16
16
2
2
2
600
B
C
G
3a 13
3a 13
9a 2 3
AB
, AC
, SΔABC
13
26
104
D
A
1
9a 3
Thể tích khối tứ diện A’.ABC là: VA '.ABC B'G.SΔABC
3
208
Bài 24. Cho hình lăng trụ ABC.A’B’C’ có đáy là tam giác đều cạnh a, cạnh bên bằng a 3 và hình
chiếu của A’ lên mặt phẳng (ABC) trùng với trung điểm của BC. Tính thể tích của khối lăng trụ đó.
Giải
A'
Gọi H là trung điểm của cạnh BC
C'
A 'H ABC
B'
Tam giác vuông A’HA:
AH A 'A 2 AH 2 3a 2
3a 2 3a
a2 3
SΔABC
nên
4
2
4
VABC.A 'B'C' A'H.SΔABC
A
3a a 2 3 3a 3 3
.
2
4
8
C
H
B
Bài 25. Cho hình lăng trụ ABC.A’B’C’ có độ dài tất cả
các cạnh bằng a và hình chiếu của đỉnh C trên mặt phẳng (ABB’A’) là tâm của hình bình hành
ABB’A’. Tính thể tích của khối lăng trụ.
Giải
Gọi O là tâm hình bình hành ABB’A’. Ta có CO ABB'A ' .
C'
Vì CA CB nên OA OB , suy ra hình thoi ABB’A’ là hình
vuông.
Do
OA
đó
OC
AB
2
a
2
.
Suy
ra:
OC2 AC2 AO2
A'
a2
2
B'
a
2
O
C
Vậy thể tích của khối chóp:
1
a3 2
VC.ABA ' CO.SABA '
3
12
A
Mà VABC.A 'B'C' 3VC.ABA ' nên thể tích của khối lăng trụ
ABC.A’B’C’ là: VABC.A 'B'C '
a3 2
4
B
14
Lớp Toán Thầy Cư-TP Huế. SĐT: 01234332133. Toán 121: Thứ 2,4,6: 17h15. Toán 122: Thứ 3,5,7: 17h30
Bài 26. Cho hình hộp ABCD.A’B’C’D’ có các cạnh bằng a, BAD 600 , BAA ' 900 , DAA ' 1200 .
Tính thể tích khối hộp.
Giải
Từ giả thiết ta tính được BD a , A 'B a 2 , A 'D a 3
D'
C'
nên tam giác A’BD vuông tại B.
Vì AB AD AA' nên hình chiếu vuông góc của A lên
mặt phẳng (A’BD) trung với tâm H của đường tròn ngoại
tiếp tam giác A’BD (do tam giác đó vuông nên H là trung
điểm của A’D)
A'
B'
H
a
Ta có AH AA 'cos 600 ,
2
C
D
1
a2 2
SA 'BD BA '.BD
, do đó thể tích khối tứ diện A
2
2
A’.ABD là VA '.ABD
B
a3 2
.
12
Ta đã biết VABCD.A 'B'C'D' 6VA '.ABD nên VABCD.A 'B'C'D'
a3 2
2
Bài 27. Cho hình hộp ABCD.A’B’C’D’ có đáy ABCD là hình thoi cạnh a, góc A 600 . Chân đường
vuông góc hạ từ B’ xuống mặt phẳng (ABCD) trùng với giao điểm của hai đường chéo của đáy
ABCD. Cho BB' a .
1. Tính góc giữa cạnh bên và đáy.
2. Tính thể tích và diện tích xung quanh của hình hộp.
Giải
1. Tính góc giữa cạnh bên và mặt phẳng đáy.
D'
Gọi O AC BD . Theo giả thiết ta có B'O ABCD
B'B ABCD B
B'O ABCD , O ABCD
C'
A'
B'
Hình chiếu B’B trên (ABCD) là OB
B'B, ABCD B'B,BO B'BO Tam giác ABD có
AB AD a , BAD 600 ΔABD là tam giác đều
a
OB
2
Trong tam giác vuông B’OB:
a
OB 2 1
cos B'OB
B'OB 600 .
BB' a 2
D
C
O
A
H
K
B
Vậy góc giữa cạnh bên và mặt phẳng đáy là 60 0 .
2. Tính VABCD.A 'B'C'D'
VABCD.A ' B'C ' D ' SABCD .B'O; SABCD AB.AD.sin BAD a 2 sin 600
a2 3
2
15
Lớp Toán Thầy Cư-TP Huế. SĐT: 01234332133. Toán 121: Thứ 2,4,6: 17h15. Toán 122: Thứ 3,5,7: 17h30
Trong tam giác vuông B’OB: B'O BB'sin 600
a 3
3a 3
. Suy ra VABCD.A ' B 'C ' D '
4
2
Tính Sxq của hình hộp ABCD.A’B’C’D’
Vì hai mặt đối diện của hình hộp là hai hình bình hành bằng nhau, do đó
Sxq 2 SABB'A' SBCC'B'
Gọi H, K lần lượt là hình chiếu vuông góc của O lên các cạnh BC và B.
Theo tính chất của hình thoi ta có OH OK
Hai tam giác vuông B’OH và B’OK (vuông tại O) có cạnh B’O chung, OH OK nên chúng bằng
nhau.
B'H B'K SBCC'B' B'H.BC B'K.AB SABB'A '
Trong tam giác vuông AKO: OK AOsin OAK
a 3
a 3
.sin 300
2
4
Trong tam giác vuông B’OK:
2
2
a 3 a 3
3a 2 3a 2 15a 2
B'K B'O OK
4
16
16
2 4
2
B'K
2
2
a 15
a 2 15
SABB' A ' B'K.AB
Sxq 4SABB' A ' a 2 15
4
4
Bài 28. Cho hình lăng trụ ABC.A’B’C’ có đáy là tam giác đều cạnh a. Hình chiếu vuông góc của A’
lên mặt phẳng (ABC) trùng với tâm O của đường tròn ngoại tiếp tam giác ABC. Cho BAA ' 450
1. Tính thể tích của khối lăng trụ đã cho.
2. Tính diện tích xung quanh của hình lăng trụ ABC.A’B’C’
Giải
1. Tính VABC.A 'B'C'
A'
C'
Gọi E là trung điểm của AB, ta có:
OE AB
A 'O AB do A 'O ABC
AB A 'OE AB A 'E
B'
Tam giác vuông A’EA có A 450 nên là tam giác vuông
cân tại E
F
A
C
E
a
a 2
Suy ra A 'E EA , AA '
2
2
O
B
Tam giác vuông A’OE (vuông tại O) có:
2
a2 1 a 3
a 2 3a 2 6a 2
a 6
A 'O A 'E OE
.
A 'O
4 3 2
4
36
36
6
2
2
2
Thể tích của khối lăng trụ ABC.A’B’C’: V SABC .A 'O
2.
a 2 3 a 6 a3 2
.
4
6
8
Tính Sxq của hình lăng trụ ABC.A’B’C’
SABB'A ' AB.A 'E
a2
2
16
Lớp Toán Thầy Cư-TP Huế. SĐT: 01234332133. Toán 121: Thứ 2,4,6: 17h15. Toán 122: Thứ 3,5,7: 17h30
AC A 'O
Gọi F là trung điểm của AC:
AC A 'OF AC A 'F
AC OF
SACC'A ' AC.A'F
Hai tam giác vuông A’OE và A’OF có A’O là cạnh chung, OE OF nên chúng bằng nhau
A 'F A 'E SACC ' A '
a2
2
BC A 'O
BC A 'OA BC AA ' BC BB'
BC AO
Mặt khác theo tính chất của hình lăng trụ thì BCC’B’ là hình bình hành, lại có BC BB' nên
BCC’B’ là hình chữ nhật, suy ra:
SBCC ' B' BB'.BC AA '.BC
a 2
a2 2
.a
2
2
Vậy diện tích xung quanh của hình lăng trụ ABC.A’B’C’ là:
Sxq SABB' A ' SACC ' A ' SBCC ' B'
a2 2 a
a
2
2
2
2 2
2
Bài 29. Cho hình lăng trụ ABCD.A’B’C’D’, đáy ABCD có
BD a
không đổi và
BAD DCB 90 , ABD α, CBD β . Mặt phẳng (AA’C’C) là hình thoi, vuông góc với đáy và
0
A 'AC 600 . Tính thể tích khối lăng trụ ABCD.A’B’C’D’ và tìm α, β để thể tích đó lớn nhất.
Giải
Tam giác vuông ABD có ABD α nên AB a cosα ,
AD a sin α , suy ra diện tích của tam giác ABD là
1
1
SABD AB.AD a 2 sin 2α
2
4
1
Tương tự ta có SCBD a 2 sin 2β
4
D'
C'
H
B'
A'
Diện tích đáy của khối lăng trụ ABCD.A’B’C’D’ là:
SABCD SABD SCBD
1
a 2 sin 2α sin 2β
4
1 2
a sin α β cos α β
2
Vì
AA 'C'C A 'B'C'D'
nên hạ CH A 'C'
600
A
C
D
α
β
B
thì
CH là đường cao của lăng trụ.
Mặt khác AA’C’C là hình thoi có A 'AC 600 do đó CC 'A ' 600
Nên CH CC'sin 600
3
AC
2
Áp dụng định lý hàm số cosin cho tam giác ABC ta có:
17
Lớp Toán Thầy Cư-TP Huế. SĐT: 01234332133. Toán 121: Thứ 2,4,6: 17h15. Toán 122: Thứ 3,5,7: 17h30
AC2 AB2 BC2 2AB.BC.cos B
a 2 cos 2 α cos 2 β 2cos α cosβ cos α β
a 2 1 cos α β cos α β 2cos α cosβ cos α β
a 2 1 cos α β cos α β 2cos α cosβ
a 2 1 cos 2 α β a 2 sin 2 α β
AC a sin α β
Do đó CH
3
a sin α β , nên thể tích cần tìm là:
2
1
3
V SABCD .CH a 2 sin α β cos α β .
a sin α β
2
2
3a 3 2
sin α β cos α β
4
Tìm giá trị lớn nhất của V:
0 sin 2 α β 1
Ta có
nên sin 2 α β cos α β 1 , do đó:
cos α β 1
V
3a 3
. Dấu đẳng thức xảy ra khi α β 450 .
4
3a 3
đạt được khi α β 450 .
4
THẦY CHÚC CÁC EM HỌC SINH 12 ĐẠT KẾT QUẢ CAO TRONG KỲ THI SẮP TỚI
Vậy giá trị lớn nhất của V là
18
- Xem thêm -
.PDF 
18 
7142 
60 
